基于遗传算法与代理模型的协同优化方法的-研究

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1、南昌航空大学硕士学位论文第1章绪论短设计周期，从而使研制出的工程产品在国际市场上更具有竞争力。MDO将整个生命周期的更多信息，包括性能和费用等更早的带到设计阶段，使设计者在同等考虑各个学科直接或通过相互作用间接施加给系统的影响的基础上，做出更为合理的设计决策。它强调实现并行设计优化，缩短设计周期，降低设计成本。MDO用分布式计算机网络技术来集成各个学科(子系统)的知识，采用有效的设计优化算法策略，组织和管理设计过程，充分利用各个学科之间的相互作用所产生的协同效应，搜索系统的整体最优解。MDO采用精确的学科分析

2、模型，在具有较大自由度的设计初期就对系统作详细精确的分析，获取充分的设计信息。采用MDO方法组织和管理设计过程，可以将传统设计方法中需在早期确定的设计变量保留到后期来确定，以充分利用设计过程中获得的知识和创造性思想，做出更好的决策。这是因为综合集成多学科的知识，进行系统分析和优化的方法在整个设计过程中是一致的，只是随设计过程的推进分析不断地深入。因此MDO正是能够改变传统设计方法，更新组织设计过程，达到设计目标要求的全新设计方法。MDO研究的重点是优化算法的研究，而协同优化是目前众多优化算法中比较有潜力的一种

3、。因此，深入研究协同优化算法和方法，学习与分析这一先进的工程设计理论与设计方法，对其进行深入的研究与探索，从而促进新方法在工程中的应用是一个有待解决的新问题，且具有十分重要的现实意义。1.2国内外研究现状MDO是20世纪80年代末90年代初在美国航空航天工业界兴起的一门新的科学技术，目前已经成为国际工业设计界的一个新的研究领域。MDD研究的重要性及其紧迫性首先被航空航天工业界及学术界认识到，十几年来伴随着理论研究的迅速发展，开展了气动、结构性能等领域的应用研究。1986年，在美国航空航天学会(AIAA)、航空

4、航天局(NASA)和美国空军（USAF）等机构的倡导下，在NASA兰利研究中心举行了第一届多学科分析与优化设计的大会。之后每两年举行一次MDO的学术大会，到2006年8月已经召开了11届，有关MDO的论文和参加人数逐届增加。1、MDO的主要研究团体MDO是当前国际上飞行器设计及相关专业中一个最新、最活跃的领域，国内外有许多研究机构、研究团体在进行MDO的研究工作，主要有：[8]1）政府研究机构美国AIAA在1991成立的MDO技术委员会，NASA在2南昌航空大学硕士学位论文第1章绪论[9]1994年成立的多学

5、科设计优化分部(MDOBranch，简称MDOB)。2）高校MDO研究高校主要负责多学科设计优化技术和学科分析研究，斯坦福(Stanford)大学、佛罗里达(Florida)大学、布法罗（Buffalo）大学等高校都有[10-12]专门的机构从事多学科设计优化的研究。目前，在国内也有高校从事相关方面的研究工作，如西北工业大学、南京航空航天大学、国防科技大学等。3）商业软件公司研究在国外有几家公司在进行MDO相关软件的开发，其[13,14]中包括开发iSIGHT的美国Engineous软件公司，开发LMSOpt

6、imus的美国LMS数值技术公司等。4）工业公司研究如波音—麦道、洛克希德等大型企业的研究人员也热衷于MDO的研究，并进行实质性的应用研究。2、国内外MDO研究现状MDO的基本目的之一是充分利用各学科(子系统)的相互作用而产生的协同效应，获得工程系统整体最优解，同时实现各学科的并行设计。MDO是一种并行工程思想在设计阶段的具体体现和实施技术。其主要内容主要包括：1)面向设计的多学科分析设计的软件集成；2)有效的多学科优化设计方法，实现多学科并行设计，获得系统最优解；3)MDO分布式计算机网络环境。在MDO技术

7、研究领域中，多学科设计优化方法（也称优化策略）是其中重要、最为活跃的研究方向，目前大多的相关研究也集中于此。目前，国际上已经形成了MDO的研究热潮，美国、欧洲、俄罗斯等国家都开始了MDO的研究工作。NASA高级研究员、美籍波兰裔数学家J.Sobieski为这方向的发展做出了开创性的贡献。他首先提出了复杂耦合系统的全灵敏度方程分[15]析方法，利用每一个子系统输出对其输入的偏导数构造出整个系统的全局敏感度方程，求解该方程得到系统性能变量对设计变量的全导数，即可采用常规优化[16]方法求解整个系统的优化设计问题。

8、Sobieski还提出了一种子空间优化方法，即先暂时切断各子空间之间的联系，人为地为各子空间分配约束和设计变量，使各子空间在自己的设计变量空间内进行优化，再通过系统协调问题对各子系统进行调整，以获得整个系统的最优解。这两个重要理论为多学科设计优化方法的研究奠定了坚实的基础。在此基础上，其他科学家发展出了更多的多学科设计优化方法，并将其应用于工程设计之中，取得了丰硕的成果。众多的协同优化(Collab